Химична термодинамика

В учебникът "Химична термодинамика" основните принципи на термодинамиката за приложени към изучаването на условията за установяване на равновесно състояние във веществените (физикохимичните) системи - идеален газ, реален газ, многокомпонентни системи, многофазни системи, системи, поставени в електрично поле. Изложени са особеностите на термодинамиката, разглеждана като метод във физикохимията, като системно е приложен подходът на Гибс - използването на химичните потенциали.

Изданието е предназначено за студентите от химикотехнологичните и металургичните университети, както и за всички студенти, които изучават или се интересуват от физикохимия. То може са се ползва още от докторанти, учители по химия и специалисти, интересуващи се от методи за изследване на термодинамични величини и прилагащи термодинамичния подход в своята работа.

Проф. Соколова работи в областта на органичната електрохимия. Автор е на трудове, посветени на влиянието на природата върху различни органични вещества, върху механизма на тяхното окисление, както и върху действието им като инхибитор при електрохимична корозия. Съавтор е на учебник по физикохимия, издаден в Полша, по който се обучават студентите в Щетинската политехника, както и на издания по електрохимия на разтвори и електрохимична кинетика, предназначени за студентите на Московския химикотехнологичен институт. Автор е на гимназиални учебници и учебници по химия за техникуми, както и на редица популярни издания и книги за деца - например "Горивни елементи", "Конгрес на металите" и др.

АИ Проф. Марин Дринов
София 1113
ул. Академик Георги Бончев, блок 6
sales@aph.bas.bg

Предговор
Термодинамиката - основен метод във физикохимията
Подход, особености, значение на термодинамиката
Основни понятия
Нулев принцип на термодинамиката
Първи термодинамичен принцип

• Енергия. Закон за запазване на енергията
• Вътрешна енергия. Формулировка и математичен израз на първия термодинамичен принцип
• Свойства на вътрешната енергия – функция на състоянието
• Топлина и работа – форми на пренасяне на енергията
• Енталпия – функция на състоянието. Свойства
• Термодинамична дефиниция на идеален газ
• Приложение на първия термодинамичен принцип към някои видове термодинамични процеси
• Максимална работа при обемно разширение и минимална работа при обемно свиване на газа
• Приложение на първия принцип на термодинамиката за определяне на топлините на физикохимичните процеси. Термохимия
• Топлини на физикохимичните процеси. Основни понятия
• Физичен смисъл на топлините на физикохимичните процеси. Стандартни топлини
• Експериментално определяне на процесите. Закон на Хес
• Топлини на разтваряне
• Температурна зависимост на топлините на физикохимичните процеси. Закон на Кирхоф

Втори термодинамичен принцип

• Опитна основа на втория принцип на термодинамиката. Особености на природните процеси
• Недостатъчност на първия принцип на термодинамиката за описване на природните процеси. Необходимост от формулиране на втори принцип
• Формулиране на втория принцип на термодинамиката
• Кръгов процес на Карно
• Теорема на Карно
• Най-общ математичен израз на втория термодинамичен принцип. Ентропия
• Изменение на ентропията на затворени системи при протичане на обратими процеси
• Изчисляване на изменението на енергията на затворени системи при протичане на необратими процеси
• Изменение на ентропията на Вселената. Ентропия на изолирана система
• Изменението на ентропията – критерий за определяне на посоката на процесите и установяването на равновесие
• Комбиниран израз на първия и втория термодинамичен принцип
• Неприложимост на ентропията при установяване посоката на химичните процеси
• Енергия на Хелмхолц и енергия на Гибс
• Изменението на енергията на Гибс и енергията на Хелмхолц – критерии за установяване посоката и равновесието на изотермично-изохорни и изотермично-изобарни химични процеси
• Характеристични функции. Фундаментални уравнения. Съотношения на Максуел. Термодинамично уравнение на състоянието
• Зависимост на енергията на Гибс и енергията на Хелмхолц от параметрите на системата
• Ентропия, енергия на Гибс и енергия на Хелмолц за идеален газ

Топлинна теорема на Нернст

• Недостатъчност на първия и втория термодинамичен принцип за изчисляване на термодинамичените функции на системите
• Опитна основа на топлинната теорема
• Математичен израз на топлинната теорема
• Постулат на Планк
• Приложение на разширената топлинна теорема за определяне на абсолютните стойности на ентропията
• Приложение на топлинната константа при реакции между чисти кристални вещества, които не образуват смесени кристали
• Определение на интеграционната константа в уравнението на Гибс – Хелмолц за газови реакции
• Свойства на веществата при температури, близки до абсолютната нула
• Принцип за недостижимостта на абсолютната нула

Приложение на термодинамичните принципи към физикохимични системи с променлив състав

• Химичен потенциал. Фундаментални уравнения на сложни системи
• Свойства на химичния потенциал
• Химичен потенциал на идеалния газ
• Парциални моларни термодинамични величини
• Описания на термодинамичните отнасяния и бинарни смеси чрез химични потенциали и чрез парциални моларни величини
• Разтвори. Въведение
• Идеални газови смеси. Закон на Далтон и Амага. Химични потенциали на компонентите
• Идеални бинарни течни смеси. Зако на Раул. Първи закон на Коновалов. Химични потенцални на компонентите

Термодинамично състояние на реални системи. Фугативност и активност

• Фугативност и активност на еднокомпонентни системи
• Фугативност и активност на реални разтвори
• Химичен потенциал на компоненти в газова смес
• Химичен потенциал на компоненти в течни смеси
• Изразяване на химичните потенциали чрез различни стандартни състояния
• Изразяване на химичните потенциали в различни концентрационни скали
• Разтвори на електролити. Теория на електролитната дисоциация
• Активност и коефициент на активност при електролитните разтвори
• Теория за междуйонните взаимодействия. Теория на Дебай и Хюкел
• Методи за определяне на активности и коефициенти на активност

Приложение на термодинамиката при изучаване на химичните равновесия

• Химично равновесие. Афинитет. Степен на извършване на реакцията. Равновесна константа
• Термодинамична дефиниция на афинитета. Стандартен афинитет. Реакционна изотерма
• Термодинамичен извод на закона за действие на масите. Стандартен афинитет и равновесна константа
• Изчисляване на стандартния афинитет по данни за равновесната константа и на равновесната константа по данни за стандартния афинитет
• Изразяване на равновесната константа чрез различни параметри на системата
• Влияние на температурата и налягането върху равновесната константа
• Подвижност на химичното равновесия. Изместване на равновесието при промяна на условията. Принцип на Льо Шателие

Фазови равновесия

• Основни понятия за фазови равновесия. Особености
• Основен закон на фазовите равновесия. Закон на Гибс. Формулировка. Задачи, които се решават със закона на Гибс
• Термодинамичен извод на закона на Гибс
• Уравнение на Клаузиус-Клапейрон
• Влияние на радиуса на кривината на кондензираната фаза върху налягането на наситените пари.
• Температурна зависимост на топлините на фазовите превръщания
• Приложение на закона на Гибс и на уравнението на Клаузиус-Клапейрон към еднокомпонентини системи
• Приложение на правилото на фазите при многокомпонентни системи
• Диаграми на състоянието на идеални бинарни смеси при прехода течност –пари
• Фазови диаграми на неидеални бинарни течни смеси
• Системи с напълно неразтворими в твърда фаза компоненти
• Двукомпонентни системи, чиито компоненти са напълно разтворими в твърда фаза
• Бинарни смеси в ограничена разтворимост в твърда фаза. Системи, които образуват два твърди разтвора с евтектикуми или с преитектикуми
• Бинарни смеси, чиито компоненти образуват химични съединения. Бинарни смеси с конгруентно топящи се съединения
• Бинарни смеси с инконгруентно топящи се химични съединения
• Термодинамичен извод на кривите на топене на фазовите диаграми
• Закони на криоскопията и ебулиоскопията
• Обосноваване на фазовите диаграми чрез температурната зависимост на енергията на Гибс

Повърхностни явление, физикохимия на хетерогенните дисперсни системи

• Общи сведения
• Някои термодинамични зависимости в хетерогенни дисперсни системи
• Повърхностни явления в прости системи. Повърхностно напрежение
• Повърхностно напрежение на границата течност-пари
• Температурна зависимост на повърхностното напрежение
• Термодинамично разглеждане на повърхностното напрежение
• Кохезия. Адхезия. Умокряне. Разливане. Капилярност. Парахор
• Повърхностни явления в смесени системи. Адсорбация
• Термодинамиката на адсорбацията
• Приложения на първия принцип. Адсорбационни топлини
• Приложение на втория принцип. Уравнение на Клаузиус – Клапейрон
• Адсорбация на газ върху твърдо тяло
• Адсорбационни изотерми за гладка (безпореста) повърхност
• Емпирична адсорбационна изотерма на Фройдлих
• Адсорбационна изотерма на Лахгмор
• Адсорбационна изотерма на Тьомкин
• Адсорбационна изотерма на Фрумкин
• Адсорбационна изотерма на БЕТ (Брунауър, Емет, Телър)
• Сорбация на газ върху твърда поресна повърхност
• Класификация и основни характеристики на порестите тела
• Потенциална теория на Полани (за персорбцията)
• Разширяване на теорията на Полани от Дубинин и Радушкевич
• Влияние на капилярната кондензация при адсорбция върху порести повърхности
• Адсорбция на повърхността на разтвори
• Повърхностно напрежение на границата разтвори-пари
• Адсорбционна изотерма на Гибс
• Уравнение на Шишковски
• Правило на Траубе
• Селективност на адсорбцията

Електрохимична термодинамика. Термодинамични равновесия в електрохимични вериги

• Електроден процес. Електрохимична реакция. Електрохимична верига
• Правила за записване на електрохимичните вериги
• Електрохимичен потенциал. Електрохимично равновесие, изразено чрез електрохимичния потенциал
• Галванипотенциал. Условие за електрохимично равновесие на фазова граница. Зависимост на галванипотенциала от концентрацията на заредените частици
• Електродвижещо напрежение (ЕДН). Галванипотенциали и ЕДН. Електрохимично равновесие в електрохимичните вериги
• Зависимост на ЕДН от състава на веригата
• Електродвижещо напрежение и електроден потенциал. Окислително-редукционни полуреакции
• Зависимост на електродния потенциал от състава на веригата. Видове електроди
• Таблици на стандартните електродни потенциали. Приложения
• Електродвижещо напрежение и термодинамични функции. Температурна зависимост на ЕДН – уравнение на Гибс – Хелмхолц. Определение на равновесни константи по електрохимични данни

Вместо заключение
Използвана литература